计算机网络体系结构

OSI，TCP/IP,及五层协议的体系结构。计算机网络体系结构
OSI七层体系是规范，但是实际使用中并未区分得那么清楚，常采用的是TCP/IP四层体系。将OSI与TCP/IP综合便是五层协议体系结构。
每一层的作用及协议如下：（粗体重点掌握）

应用层：为用户提供服务，允许访问OSI环境的手段。
常见协议：FTP（文件传输协议）、DNS（域名系统）、Telnet(远程登录协议),SMTP（简单邮件传输协议）,HTTP（超文本传输协议）,SSH（安全外壳协议），DHCP（动态主机配置协议）。
表示层：为数据表示加密压缩。
常见协议：JPEG,MPEG,ASII
会话层：确定数据是否需要进行网络传递。
常见协议：NFS,SQL,RPC,NETBIOS.
运输层：对报文进行分组、传输协议、端口封装、差错校验。
常见协议：TCP（传输控制协议）,UDP（用户数据报文协议）,SPX。
网络层：IP地址编辑、路由选择。
常见协议：IP（网际协议），ARP（地址转换协议）——在TCP/IP协议体系中将其划分在了网络层，RARP（反向地址转换协议）,OSPF，IPX，RIP，IGRP，,ICMP.
硬件：路由器。
数据链路层：MAC地址编译。
常见协议：ARQ（自动重传请求协议），PPP（点对点协议），VLAN,MAC,,FR,HDLC。
硬件有：网桥、交换机。
物理层：数据实际传输、电气特性定义。
常见协议：IEEE802.3,CLOCK,RJ45.
硬件有中继器、集线器、网线。

一：应用层

重点掌握：HTTP(超文本传输协议)，DNS（域名系统）

1. HTTP(超文本传输协议)

HTTP协议定义了浏览器（即互联网客户进程）怎样向万维网文档，以及服务器怎样把文档传送给浏览器。

HTTP协议是构建于TCP/IP协议之上的，默认端口80。
HTTP协议是无连接无状态的。

1.1 HTTP协议包括哪些请求

GET:向特定的资源发出请求
POST：向指定资源提交数据进行处理.
PUT：向指定资源位置上传最新内容
DELETE：请求服务器删除指定资源
HEAD：向服务器索要与GET请求一致的响应，只不过响应体不会被返回。
OPTIONS：返回服务器针对特定资源所支持的HTTP请求方法。
TRACE：回显服务器收到的情趣，用于测试或诊断
CONNECT：HTTP/1.1协议中预留给能够将连接改为管道方式的代理服务器。

1.2 HTTP中get及post的区别

功能上来说，get用于向服务器请求资源，post用于向服务器提交数据更新资源。
从REST服务上来说，get是幂等的，读取同一个资源得到的都是相同数据，而post会进行更新。
从请求参数看get的参数附加在url后，以？分割，参数以&符号相连，参数中有空格则转换为+，参数中有中文或其他字符会将字符串进行base64加密；而post请求是将提交的数据放在http的请求报文的请求体中。
安全性，get提交的数据会明文出现在url上，post是包装在请求体中相对安全。
大小限制。get请求的长度受限于浏览器或服务器对url大小的限制。而post请求理论上没有大小限制。

1.3 常见的HTTP状态码

1xx：指示信息---接收的请求正在处理
2xx：成功---表示请求正常处理完毕
200 ok 客户端请求成功
3xx：重定向---要完成请求必须进一步处理（需要进行附加操作以完成请求）
301 Moved Permanently ：永久性重定向；
302 Found ：临时性重定向；
4xx：客户段错误---请求错误或请求无法实现
400 Bad Request //客户端请求有语法错误
401 Unauthorized //请求未经授权
403 Forbidden //服务器收到请求，但是拒绝提供服务
404 Not Found //请求资源不存在，eg：输入了错误的URL
5xx：服务错误---服务器无法未能实现合法的请求 500 Internal Server Error //服务器发生不可预期的错误
503 Server Unavailable //服务器当前不能处理客户端的请求

2. HTTPS(超文本传输安全协议)

超文本传输安全协议：是一种通过计算机网络进行安全通信的传输协议。HTTPS经由HTTP进行通信，但利用SSL/TLS来加密数据包。
HTTPS开发的主要目的，是提供对网站服务器的身份认证，保护交换数据的隐私与完整性。

端口不同：http是80端口，HTTPS是默认443端口
资源消耗：HTTPS通信因为多了加密解密操作需要消耗更多的cpu及内存资源
开销：HTTPS的证书是要钱购买的。
加密：HTTPS的加密是采用了共享秘钥加密和公开秘钥加密的混合加密机制。

2.1 HTTP与HTTPS的区别

Http协议运行在TCP之上，明文传输，客户端与服务器端都无法验证对方的身份.
Https是身披SSL外壳的Http，运行于SSL()上，SSL运行于TCP之上，是添加了加密和认证机制的HTTP。

3. DNS（域名系统服务协议）

DNS是一中用于TCP/IP应用程序的分布式数据库，它提供域名到IP地址的转换。

3.1 域名系统的解析过程

DNS域名解析

在浏览器中找，看浏览器是否缓存了该域名的IP地址。
没有再在本机的hosts文件中找，看本机是否缓存了域名的ip地址。（这两步在本机找，图中未体现）
没有再去本地域名服务器找，发起域名解析请求。
没有的话，本地域名服务器像根域名服务器发起解析请求。
根域名返回该域名所在的顶级域名服务器地址。
本地域名服务器去请求顶级域名服务解析。
顶级域名服务器返回该域名的权限域名服务器地址。
本地域名服务器向权限域名服务器请求解析。
权限域名服务器找到请求的域名对应的ip并返回给本地域名服务器，本地域名服务器将该ip加入缓存，并返回给客户端。

4. 常见端口及对应的服务

FTP(21)、SSH(22)、Telnet(23)、SMTP(25)、HTTP(80)、HTTPS(443)、MySql(3306)、Oracle(1521)。

5. 浏览器输入网址会发生什么

DNS 解析：浏览器查询 DNS，获取域名对应的 IP 地址；
TCP 连接：浏览器获得域名对应的 IP 地址以后，浏览器向服务器请求建立链接，发起三次握手；
发送 HTTP 请求：TCP 连接建立起来后，浏览器向服务器发送 HTTP 请求；
服务器处理请求并返回 HTTP 报文：服务器接收到这个请求，并根据路径参数映射到特定的请求处理器进行处理，并将处理结果及相应的视图返回给浏览器；
关闭tcp连接。
浏览器解析渲染页面：浏览器解析并渲染视图，若遇到对 js 文件、css 文件及图片等静态资源的引用，则重复上述步骤并向服务器请求这些资源；浏览器根据其请求到的资源、数据渲染页面，最终向用户呈现一个完整的页面。
连接结束。

二：运输层

重点掌握：TCP（传输控制协议）,UDP（用户数据报文协议）

1. TCP（传输控制协议）

TCP（传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、点对点的、基于字节流的、全双工通信的传输层通信协议。

面向连接意味着两个使用TCP的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信；

全双工通信：TCP 允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据。

TCP 传送的数据单位协议是 TCP 报文段(segment)

tcp通信连接的二个端点叫做套接字（socket）套接字（sokect）=（IP地址：端口号）

TCP报文段格式如下：

1.1 TCP协议如何保证传输的可靠性

数据包校验：目的是检测数据在传输过程中的任何变化，若校验出包有错，则丢弃报文段并且不给出响应，这时TCP发送数据端超时后会重发数据；
失序数据包重排序：TCP报文段是存放在IP数据报的数据部分，而IP数据报在到达服务端的网络层可能会失序，那么在服务端的传输层的TCP报文段也会失序，此时TCP传输层对TCP报文段重排序再交给应用层。
丢弃重复数据：对于重复数据能够丢弃
应答机制：当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒。
超时重发：当TCP发出一个报文段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段；
流量控制：TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据，这可以防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出，这就是流量控制。TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议客户端（超时重发）——服务端（增、删、改、答）；客户端+服务端：流量控制。便于记忆

1.2 TCP的滑动窗口

TCP 利用滑动窗口实现流量控制的机制。发送方和接收方各有一个窗口，接收方通过 TCP 报文段中的窗口字段告诉发送方自己的窗口大小，发送方根据这个值和其它信息设置自己的窗口大小。

发送窗口内的字节都允许被发送，接收窗口内的字节都允许被接收。
如果发送窗口左部的字节已经发送并且收到了确认，那么就将发送窗口向右滑动一定距离，直到左部第一个字节不是已发送并且已确认的状态；接收窗口的滑动类似，接收窗口左部字节已经发送确认并交付主机，就向右滑动接收窗口。

TCP 利用滑动窗口实现流量控制。流量控制是为了控制发送方发送速率，保证接收方来得及接收。接收方发送的确认报文中的窗口字段可以用来控制发送方窗口大小，从而影响发送方的发送速率。将窗口字段设置为 0，则发送方不能发送数据。

1.3 TCP的拥塞控制

没有理解到

1.4 TCP的三次握手

TCP三次握手

最初两端的TCP进程都处于CLOSE(关闭)状态。上图中A主动打开连接，B被动打开连接，B打开连接后处于LISTEN(监听状态)，等待客户的连接请求。。
A 向 B 发出连接请求报文段,，此时A进入SYN-SENT（同步已发送）状态。
B 收到连接请求报文段后,如同意,则发回确认，此时B也进入SYN-SENT（同步已发送）状态。
A 收到此报文段后向 B 给出确认,A进入ESTABLISHED(已建立连接)状态，tcp连接已经建立。B收到A的确认后也进入ESTABLISHED状态。

1.5 TCP的四次挥手

Tcp四次挥手

当客户端进程没有数据要发送时，客户端进程停止发送数据并主动通知TCP释放连接，客户端主动发送释放连接报文请求，并进入finsh_wait-1状态；
服务端收到释放报文请求后，会向客户端发送一个确定释放报文请求，并主动通知应用进程客户端没有数据发送了，此时服务端进入close_wait状态。客户端收到服务端的确认信息后，进入finish_wait_2状态。此时TCP连接处于半关闭状态，从A->B的TCP连接关闭。
当服务端也没有数据发送时，服务端进程会通知TCP连接被动关闭，服务端发送连接释放报文段，此时服务端进入last_ack最后确认阶段。
当客户端收到服务端连接释放报文后，会发送确认信息，客户端进入time_wait状态。服务端收到这个确认信息后则关闭服务端的连接，进入closed状态，撤销传输控制块。而客户端在time_wait状态等待2MSL(2倍最大报文存活时间)后，也关闭连接进入closed状态，再撤销传输控制块。

1.6 TCP四次挥手原因

多了第三步，服务端注主动发起释放连接报文信息。因为从客户端到服务端的数据已经发送完了，但是服务端的数据仍有可能还没有发送完。

1.7 TCP建立连接为什么是三次而关闭是四次呢

因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的连接请求后，它可以把ACK和SYN(ACK起应答作用，而SYN起同步作用)放在一个报文里来发送。而断开连接时服务端的数据不一定全部发送完成，所以多了一个全部发送完成后同意释放连接的请求。

1.8 TCP为什么等待2MSL

为了保证最后一次挥手，客服端发送给服务端的确认信息，服务端能够收到。比如最后一次的确认报文段丢失，服务端一直收不到确认信息，就会启动第三次挥手进行超时重传。而客户端又因为处于2MSL，就可以继续发送ACK确认报文信息。
防止已失效的连接请求报文段出现在本连接中。A 在发送完最后一个 ACK 报文段后，再经过时间 2MSL，就可以使本连接持续的时间内所产生的所有报文段都从网络中消失。这样就可以使下一个连接中不会出现这种旧的连接请求报文段。

2. UDP（用户数据报文协议）

用户数据报文协议：是一个简单的面向数据报的传输层协议。
在TCP/IP模型中，UDP为网络层以上和应用层以下提供了一个简单的接口。UDP只提供数据的不可靠传递，它一旦把应用程序发给网络层的数据发送出去，就不保留数据备份（所以UDP有时候也被认为是不可靠的数据报协议）。

3. TCP与UDP的区别

TCP面向连接，传输数据之前要建立会话，UDP是无连接的。
TCP提供可靠传输，保证数据不丢包，不重复的，有序的。而UDP只尽努力交互，不保证可靠交互。
TCP面向字节流的，UDP面向报文的
TCP只支持点到点通信；而UDP支持一对一，一对多，多对多的通信。
TCP首部开销大20字节，UDP首部开销小8字节

4. TCP与UDP对应的的常见应用层协议

4.1 TCP

FTP：定义了文件传输协议，使用21端口。
Telnet：它是一种用于远程登陆的端口。
SMTP：定义了简单邮件传送协议
POP3：它是和SMTP对应，POP3用于接收邮件。
HTTP：从Web服务器传输超文本到本地浏览器的传送协议。

4.2 UDP

DNS：用于域名解析服务，将域名地址转换为IP地址。DNS用的是53号端口。
SNMP：简单网络管理协议，使用161号端口，是用来管理网络设备的。由于网络设备很多，无连接的服务就体现出其优势。
TFTP(Trival File Transfer Protocal)：简单文件传输协议，该协议在熟知端口69上使用UDP服务。

三：网络层

重点掌握：IP（网际协议），ARP（地址转换协议）——在TCP/IP协议体系中将其划分在了网络层，RARP（反向地址转换协议）

1. IP(网际协议)

1.1 IP数据报格式

IP数据报格式

版本：有 4（IPv4）和 6（IPv6）两个值；
首部长度：占 4 位，因此最大值为 15。值为 1 表示的是 1 个 32 位字的长度，也就是 4 字节。因为首部固定长度为 20 字节，因此该值最小为 5。如果可选字段的长度不是 4 字节的整数倍，就用尾部的填充部分来填充。
总长度 : 包括首部长度和数据部分长度
生存时间：TTL，它的存在是为了防止无法交付的数据报在互联网中不断兜圈子。以路由器跳数为单位，当 TTL 为 0 时就丢弃数据报。
协议：指出携带的数据应该上交给哪个协议进行处理，例如 ICMP、TCP、UDP 等。
首部检验和：因为数据报每经过一个路由器，都要重新计算检验和，因此检验和不包含数据部分可以减少计算的工作量
标识 : 在数据报长度过长从而发生分片的情况下，相同数据报的不同分片具有相同的标识符。
片偏移 : 和标识符一起，用于发生分片的情况。片偏移的单位为 8 字节

1.2 IP地址分类

IP地址格式为：网络地址+主机地址（四个字节——32位表示）

A类地址：以0开头，一个字节（8位）表示网络地址，还剩7位，即换为十进制为2的7次方，即为1.0.0.0~126.255.255.255。主机地址可以表示的数为：255255255-2。
B类地址：以10开头，用去二位还剩6位，即为2^7+2^6=192;表示为128.0.0.0~191.255.255.255。主机地址可以表示的数为：255255255-2。
C类地址第1字节（最高位固定是110）、第2字节和第3个字节，另外1个字节为主机地址。即为2^7+2^6+2^5 = 224，表示为：192.0.0.0 - 223.255.255.255。C类网络最大主机数量256-2=254。
D类地址不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的最高位固定是1110。用去4位，即为2^7+2^6+2^5 +2 ^4= 239,表示为240.0.0.0 - 255.255.255.255。
E类地址也不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的最高位固定是1111。2^7+2^6+2^5 +2 ^4+2^4=255，表示为：240.0.0.0 - 255.255.255.255。

2. ARP(地址转换协议)

ARP地址转换协议实现由IP地址得到Mac地址。 ARP协议

2.1 ARP地址转换协议工作原理

2.1.1 对于同一个网段

2.1.2 对于不同网段

3. RARP(反向地址转换协议)

四：计算机网络安全

1. 对称加密

2. 非对称加密

3. 数字签名

来源：oschina

链接：https://my.oschina.net/PrivateO2/blog/3211407

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